CN101117942B - 用于风力涡轮机转子毂的通风装置 - Google Patents

用于风力涡轮机转子毂的通风装置 Download PDF

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Abstract

提供一种用于风力涡轮机转子毂(40)的通风装置(100)，包括：可固定安装到转子毂(40)上的框架(110)，所述框架(110)包括至少一个开口(115)；以及用于所述至少一个开口(115)的罩盖(140)，罩盖(140)安装到所述框架(110)上以相对于框架(110)可自由地转动，其中，罩盖(140)具有至少一个通风口(165)以允许进行空气的进入和排出，并具有遮护件(160)，其用于遮护至少一个通风口(165)来防止撞击到转子毂(40)上的液体的进入。

Description

用于风力涡轮机转子毂的通风装置
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机转子毂的通风装置，用于风力涡轮机转子毂的被动通风器和用于风力涡轮机转子叶片的通风装置。
背景技术
位于风力涡轮机转子的毂中的许多设备在运行过程中产生热量。特别地，毂内的热源有很多种，如由在安装在其中的开关柜，电池组，电池充电器，倾角驱动电动机，倾角齿轮箱，和倾角驱动控制器，液压机构，以及一些装置中的主轴承所散发出来。然而，许多部件的可靠运行只在某个温度范围内得到保证。例如，电子电路或电池组在温度过高条件下可能发生故障。由于毂内的多个热源，这些部件可能存在过热问题，特别是在夏天。
为了解决这些过热问题，在一些风力涡轮机装置的毂中设置有通风孔。然而，这些通风孔是相对较小的，因为，要不然水可能会通过通风孔漏入毂的内部。当然，这对于毂内的敏感电子和机械设备来说是不利的。因而，只有少量的热能够通过小通风孔得到交换，而通风孔的横截面积不能够简单地扩大。
发明内容
基于上述内容，提供一种用于风力涡轮机转子毂的通风装置。所述通风装置包括框架，其可固定地安装到转子毂上，所述框架包括至少一个开口，和用于所述至少一个开口的罩盖，该罩盖被安装到所述框架上且相对于所述框架可自由转动，其中罩盖具有至少一个通风孔用来允许空气的进入和排出，且具有遮护件用于遮护至少一个通风口来防止撞击到转子毂的液体的进入。
本发明进一步的方面，优点和特征通过从属权利要求，说明书和附图将变得明显。
根据本发明的第一方面，设置用于风力涡轮机转子毂的通风孔。该通风孔具有支承结构，该支承结构能够附装到转子毂上。该支承结构包括入口开口。对此进一步地，该通风孔包括用于至少一个开口的保护装置，其中保护装置装配到支承件上，从而使得它相对于支承件可以自由地转动。该保护装置包括至少一个通风孔用来允许在转子毂的内部和外部之间进行空气交换。对此进一步地，该保护装置包括一个挡板用于防止撞击到转子毂上的液体，特别是雨水或冷凝水，进入转子毂的内部。
根据本发明的第一方面的通风孔能够提供一个大通风孔，用于在转子毂的内部和外部之间交换空气。因此，转子毂内的设备过热的问题能够很大程度地减少。由于保护装置挡板的存在，雨水或冷凝水不能够进入毂的内部，从而使敏感的电子和机械设备得到保护。由于保护装置可自由旋转，保护装置基本上相对于地面保持在它的位置上。换句话说，在风力涡轮机工作期间，保护装置不会显著受转子毂转动的影响。依次地，挡板也相对于地面保持在它的位置上，从而使得撞击到转子毂外表面上的液体能够通过挡板连续地偏流。因此，根据本发明的第一方面的通风装置提供了一个相当大通风孔而维持转子毂内部的液体保护。
根据本发明的另一方面，提供用于风力涡轮机转子毂的被动通风器。被动通风器包括可安装在转子毂上的框架和风扇，其中框架包括至少一个开口，所述风扇可通过轴环连接机构安装到框架上，其中风扇相对于框架可自由转动。
根据本发明的另一方面的被动通风器，在风力涡轮机工作期间利用转子毂的转动而允许空气通风。因此，通风装置不需要任何主动驱动部件，例如，电动机，从而使得通风器是可靠的，相对便宜的且几乎不需维修的。与根据本发明的第一方面的通风孔相类似，被动通风器在风力涡轮机的工作期间利用了毂的转动。通风器的框架安装到转子毂上，并且因此跟随毂的转动。因为风扇绕着它与框架的连接可自由转动，风扇不会或者只稍稍跟随转子毂的转动。因而，风扇相对于转子毂产生一个相对移动，但是基本上相对于地面保持在其位置上。
根据本发明的进一步的方面，提供用于风力涡轮机转子叶片的通风装置。该通风装置包括一个底板，该底板可安装到转子叶片的根部，其中底板包括至少一个通风孔。
通过在叶片根部内的底板上设置至少一个通风孔，叶片的内部空隙能够用来作通风的用途，例如，通过叶片的大表面进行散热。
附图说明
本发明全面且能够实现的公开，包括其最佳实施方式，对于一个本领域的普通技术人员而言，更详细地在说明书的其它部分参照附图进行了阐述，其中：
图1示出了根据本发明的实施例中的通风装置的透视图；
图2示出了图1所示的实施例的分解图；
图3为风力涡轮机的示意性视图；
图4示出了风力涡轮机转子毂的前视图；
图5示出了根据本发明的实施例中的风力涡轮机转子毂的前视图；
图6示出了根据图5中所示的实施例中的转子毂的放大透视图；
图7示出了图6中所示的实施例的前视图；
图8示出了根据本发明的另一个实施例中的通风装置的分解图；
图9示出了图8中所示的实施例的侧视图；
图10示出了图8中所示的实施例的透视图；
图11示出了图8中所示的实施例的横截面图；
图12示出了图8中所示的实施例的进一步的横截面图；
图13示出了根据本发明的实施例中的风力涡轮机转子毂的被动通风器；
图14示出了图13中所示的实施例的侧视图；
图15为根据本发明的实施例中的风力涡轮机的示意性侧视图；
图16示出了图15中所示的实施例的正视图；
图17示出了根据本发明的实施例中的转子叶片的通风装置；
图18示出了图17中所示的实施例的改进方案的放大视图。
具体实施方式
本发明的各种实施例现在将得以详细的阐述，其中一个或更多的示例在附图中进行图示。每个例子通过本发明的解释而提供，但并不意味着对本发明进行限制。例如，阐述或描述的特征作为一个实施例的一部分可以结合或连同其它实施例使用，进而产生更进一步的实施例。这就是说本发明包括这样的修改和变形。
图1示出了根据本发明的实施例中的通风装置100的透视图。其中，通风装置100包括一个环绕着罩盖140的框架110。框架110适于固定到风力涡轮机转子毂上，例如，通过螺钉(未示出)。罩盖140绕转轴150转动以相对于框架110可自由地转动。罩盖140包括遮护件160，该遮护件形成像百叶窗样的空气栅。由于空气栅绕轴150转动，即使毂在风力涡轮机工作期间转动时翅片160保持水平位置。换句话说，当毂转动而罩盖140由于惯性相对于地面保持基本不变的位置时，框架110与罩盖140有一个相对的移动。因此，遮护件160防止水进入毂的内部，例如雨水或冷凝水，但同时可在毂的内部和外部之间提供一个大的空气交换面积。作为可选特征，图1所示的实施例具有额外配重170，其位于罩盖140的转轴150的轴线外。因此，质心朝着罩盖140的外周移动，以使得当毂转动时，罩盖140的位置更加的稳定。
图2示出了图1所示的实施例的分解图。其中，示出了框架110具有中心开口115，通过该开口，空气能够在转子毂的内部和外部之间流通。而且，框架110包括套环120，该套环通过支承件130位于开口115的中心。在本发明的实施例中，支承件130具有三个支承臂，但是任何其它合适类型的支承件或者支承臂的数量也可以采用。作为一个其他的可选特征，框架110包括环绕着开口115的槽117。槽117用作收集撞到转子毂外表面的液体。如果这种液体到了框架110上，它收集在槽117内，并且改变方向环绕开口115。作为更进一步的可选特征，框架110具有环绕着开口115的挡板119。挡板119相对于转轴150径向向外突出，以便保护开口115。虽然槽117和挡板119结合成图2所示的实施例，应该理解，根据本发明的其它实施例，它们也可以省略或单独提供。
罩盖140具有安装到套环120上的轴150，用来形成轴环连接机构。轴150可相对于套环120自由转动，以使得罩盖140以自由转动的方式绕轴转动。罩盖140包括多个遮护件160，该遮护件160形成为附在立式支座170，175上的遮板160。遮板160相互之间均匀间隔，以使得在遮护件160之间形成通风口165，从而使得空气能够穿过通风口165和框架110的开口115流进和流出毂。所述遮板(或翅片)160在水平方向上延伸且相对于垂直轴线倾斜，以使得上部遮板的下端与下部遮板的上端重叠。因此，开口115的整个面积都被遮护件160覆盖，以使得水不能进入到毂。同时，通风口165几乎覆盖了开口115的全部面积，以使得具有相当大的面积用来实现转子毂内部和外部之间的空气交换。因此，毂通风以及尤其是冷却，相对于现有技术的设备的小通风孔来说，具有显著改进。特别地，根据本发明的多个实施例的通风装置，开口面积能够增加两个到四个数量级的值，而且仍然保持有效的液体保护。
图3是风力涡轮机10的示意图，该风力涡轮机具有塔架20，安装在塔架20顶部的机舱30，和安装在机舱30上的转子毂40。转子叶片50安装在转子毂40上，用于将风能转为机械能。在工作期间，毂40相对于机舱30绕旋转轴线30转动。图4示出了风力涡轮机转子毂40的前视图。
图5示出了根据本发明的实施例中的风力涡轮机转子毂40的前视图。三个转子叶片50在它们相应的叶根部分55处安装在转子毂40上。如上所述的通风装置100设置在毂40的外壳的前侧。该通风装置100以转子毂40为中心，使得罩盖140的枢轴轴线150与转子毂40的旋转轴线RA相一致。
图6示出了根据图5中所示的实施例中的转子毂40的放大透视图。其中，省略了转子叶片50，以使得示出毂法兰45，叶根55通过螺栓连接装置连接到该法兰上。而且，更详细地示出通风装置100。框架110固定到毂40上，使得它在风力涡轮机工作期间跟随毂的转动。遮护件160防止框架开口115(未示出)不被撞击或飞溅到毂40上的雨水或冷凝水所影响。而且，遮护件160以自由转动的方式绕轴环连接150转动。轴150与毂40的旋转轴线RA重合，以使得没有离心力作用在罩盖上。而且，轴线外的配重170稳定了翅片的水平位置。图7示出了这一实施例的正视图。应该理解，本发明也能够用于这些实施例中，其中轴150与毂的旋转轴线RA不重合而是与旋转轴线径向地间隔开。然而，在这些实施例中，离心力作用在轴环连接120，150上，且在毂转动时可能恶化空气栅的水平稳定性。
图8示出了根据本发明另一个实施例中的通风装置800的分解图。通风装置800的基本结构与图1所示的实施例类似。通风装置800包括一个框架810，该框架具有开口815和由支承件830支承的套环820。而且还具有一个可自由转动的罩盖840，该罩盖具有中心轴850和遮护件860。与图1所示的实施例中的罩盖140类似，罩盖840包括立式支座870，875，空气栅的水平翅片附装到该立式支座上。轴850下的立式支座870形成为额外的轴线外的配重，其用于在转子毂转动时稳定翅片的水平定向。此外，风扇880设置在通风装置中。该风扇880具有一个中心套环885，叶片890设置在该套环上。像罩盖840一样，风扇880相对于框架810也可以自由地转动。因而，当框架810安装在转子毂40上且跟随转子毂的转动时，风扇880相对于框架810产生一个相对移动。因此，风扇880形成为被动通风器，其不需要任何主动驱动部件，例如电动机或类似设备。相反，在风力涡轮机工作期间，被动通风器880利用了转子毂40的转动。因而通过设置被动通风器880，通风装置800的通风效率得以提高。
图9示出了图8所示的通风装置800的侧视图。根据本发明实施例中的通风装置800的框架810也具有槽817和挡板819，两者环绕着开口815以此改进液体保护。还能够看到，罩盖840和风扇880同轴地对准，即它们各个旋转轴线重合。根据图9所示的实施例，罩盖840的轴850延伸穿过框架810的套环820，以使得风扇880的套环885能够和轴850形成轴环连接机构。根据可替换的实施例，风扇880可以具有轴，该轴延伸穿过框架810的套环820，且罩盖840可以具有套环用来将罩盖840固定到风扇880的轴上。在任意这些实施例中，具有套环的风扇880或罩盖840，要么可以固定到延伸穿过套环820的轴上，要么能够以自由转动的方式绕着延伸穿过套环820的轴转动。根据另一个可替换的实施例，罩盖840和风扇880可以都具有套环，同时框架810可以具有朝着罩盖840和风扇880两者延伸的轴。根据更进一步的可替换实施例，罩盖840和风扇880可以具有让两者互相装配的不同直径的轴。
图10示出了根据图8中所示的实施例中的通风装置800的已装配状态的透视图。其中，示出了框架810和风扇880的套环820，885是如何分别同轴地与罩盖840的轴850对准的。
图11示出了同样的实施例。图11的右侧示出了沿着左侧所示的线A-A的横截面视图。该横截面沿着轴线RA延伸。在横截面视图中，示出了框架810，罩盖840和风扇880的同轴方位。
图12示出了沿着图12的左侧所示的线A-A，该实施例的进一步的横截面视图，也就是，偏离中心的剖视图。其中，翅片760的垂直倾斜和重叠可以从右侧图明显看出。
图13示出了根据本发明的实施例中的风力涡轮机转子毂的被动通风器200。被动通风器200包括框架210，其能够固定到风力涡轮机的转子毂上，例如通过螺钉，螺栓或者类似装置。框架210具有至少一个开口215和由支承件230支承的轴220。因此，通风器的框架210不同于前面所述的通风装置的框架110，810，因为它采用了一个轴替换了套环。而且，设有风扇250，其中风扇250具有套环260和至少一个叶片270。风扇250能够通过轴环连接220，260安装到框架210上，从而使得风扇250相对于框架210以自由旋转的方式转动。因而，当框架210安装在转子毂40上且跟随转子毂的转动时，风扇250相对于框架210产生一个相对移动。因而，风扇250形成被动通风器，其不需要任何主动驱动部件，例如电动机或类似设备。相反，在风力涡轮机工作期间，被动通风器200利用了转子毂40的转动。由于该通风器不需要任何主动驱动部件，例如电动机，该通风器是可靠的，相对便宜的且几乎免修的。
图14示出了根据图13中所示的实施例中的被动通风器200的侧视图。其中，它示出了风扇250的套环260是可滑动地安装到框架210的轴220上的。在可替换的实施例中，框架210设有套环，并且风扇250设有轴。然而，这两种实施例轴环连接都允许风扇相对于框架自由转动。
根据被动通风器的进一步的实施例，风扇250的质心位于离开风扇转动轴220一定径向距离处。这是可以实现的，例如通过使用不同重量的叶片270或通过加设额外配重到叶片270的至少一个上。通过对风扇250提供不对称重量分布，风扇250相对于转动框架210的方位以与如前所述的罩盖140同样的方式稳定。
图15是根据本发明的实施例中的风力涡轮机的示意性侧视图。其中，框架210安装在转子毂40的内部，且风扇250通过轴环连接机构220，260，相对于框架210以自由旋转的方式转动。通风器与风力涡轮机的旋转轴线RA同轴对准。在操作中，转子叶片50将风能转为机械能，且启动毂40相对于机舱30的转动。因为框架210固定到毂40上，框架210跟随毂的转动，即框架210也转动。然而，风扇250以自由转动方式转动，因此它不跟随毂40的转动，而是由于惯性保持在它的初始位置。因而，风扇250相对于毂40的内部移动，且提供毂40的内部的通风。
图16示出了根据图15中所示的本发明的实施例的正视图。其中。毂40以顺时针方向转动。框架210固定在毂40上，并且因此，也以顺时针方向转动。同时，被动通风器200的支承件230和轴220随着框架210一起旋转。风扇250，特别是叶片270，相对于旋转轴线RA保持在其初始位置，因此相对于毂40的内部有一个相对移动。
图17示出了根据本发明的实施例中的转子叶片通风装置。其中，转子叶片50设有常规的叶片支座，该支座通常由木板所形成。该叶片支座设置在叶片50的根部55中。根据本发明的实施例，具有设置在叶片支座中的通风装置550，从而使得叶片50的内部和毂40的内部相流体连通。典型地，通风装置550可以包括常规的迷宫式密封(未示出)，以避免在风力涡轮机停机期间水侵入到叶片中。
图18示出了根据图17中所示的实施例的改进方案的放大示意图。其中，在底板59上的通风装置550包括通风板554，该通风板具有至少一个由迷宫式密封装置密封的通气孔558。进一步地，通气孔560设在叶片50的后缘上。因此，从毂40内部的空气进气可以通过通气孔558实现。空气进气可以通过设置在毂40中的被动或主动驱动通风器得以加强。根据一个实施例，电驱动的通风器设置在通气孔558的前面。然后进气通过通风口560从叶片50的内部排出。因此，转子毂40的内部设有有效的通风和冷却装置。
这里所描写的内容使用示例来公开本发明，包括最佳方式，也使本领域的任何技术人员均可以制造和使用本发明。尽管本发明已经采用各种不同实施例来进行描述，但本领域技术人员应该知道的是，本发明可以在权利要求的精神和范围内作出修改。特别地，上面所述的实施例的互不排斥的特征，可以相互组合。通过权利要求，确定本发明的专利保护范围，且可以包括由本领域技术人员能够想到的其它示例。这些其它的示例旨在落入权利要求的范围内，其中它们具有的结构部件与权利要求的文字语言没有不同，或者如果它们包括等同的结构部件，这些结构与权利要求的文字语言存在非实质性的区别。
部件列表
  10   风力涡轮机
  20   塔架
  30   机舱
  40   毂
  45   毂法兰
  50   转子叶片
  57   根部法兰
  59   罩盖板
  100   通风装置
  110   框架
  115   开口
  117   槽
  119   挡板
  120   套环
  130   支承件
  140   罩盖
  150   轴
  160   遮护件
  165   通风孔
  170   配重
  175   立式支座
  200   通风器
  210   框架
  215   开口
  220   轴
  230   支承件
  250   风扇
  260   套环
  270   叶片
  550   叶片通风装置
  554   通风板
  558   通风孔
  560   通风孔
  800   通风装置
  810   框架
  815   开口
  817   槽
  819   挡板
  820   套环
  830   支承件
  840   罩盖
  850   轴
  860   遮护件
  865   通风口
  870   配重
  875   立式支座
  880   风扇
  885   套环
  890   叶片
  RA   旋转轴线

Claims (19)

1.一种用于风力涡轮机转子毂的通风装置，包括：
可固定安装到风力涡轮机转子毂上的框架，所述框架包括至少一个开口；以及
用于该至少一个开口的罩盖，该罩盖安装到该框架上以相对于该框架可自由地转动，其中，该罩盖具有至少一个通风口以允许进行空气的进入和排出，并具有遮护件，该遮护件用于遮护至少一个通风口来防止撞击到风力涡轮机转子毂上的液体的进入。
2.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，遮护件形成为百叶窗状。
3.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，遮护件包括至少一个遮板。
4.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，罩盖进一步包括位于罩盖旋转轴线的轴线外的配重。
5.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，罩盖具有安装到框架套环上的轴，其中轴相对于套环可自由转动。
6.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，框架包括环绕着罩盖的槽。
7.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，框架包括环绕着罩盖的挡板。
8.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，还包括安装到该框架以相对于该框架可自由旋转的风扇。
9.根据权利要求8所述的通风装置，其特征在于，罩盖的轴延伸穿过框架的套环和风扇的套环。
10.根据权利要求8所述的通风装置，其特征在于，风扇的轴延伸穿过框架的套环和罩盖的套环。
11.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，罩盖的旋转轴线与风力涡轮机转子毂的旋转轴线对齐。
12.根据权利要求1所述的通风装置，其特征在于，通风装置设置在风力涡轮机转子毂的外壳的前侧。
13.一种用于风力涡轮机转子毂的通风装置，包括：
框架，其可安装到风力涡轮机转子毂上，所述框架包括至少一个开口；以及
风扇，其通过风扇的套环安装到框架的轴上或者通过风扇的轴安装到框架的套环上，使得该风扇相对于该框架自由转动，风扇的旋转轴线与风力涡轮机转子毂的旋转轴线轴向对齐。
14.根据权利要求13所述的通风装置，其特征在于，轴相对于套环可自由地转动。
15.根据权利要求13所述的通风装置，其特征在于，风扇的质心位于离开风扇的旋转轴线一定径向距离处。
16.根据权利要求13所述的通风装置，其特征在于，框架安装在风力涡轮机转子毂内部。
17.根据权利要求13所述的通风装置，其特征在于，还包括用于该至少一个开口的罩盖，所述罩盖安装到框架以相对于框架可自由地转动，其中，罩盖具有至少一个通风开口用来允许空气的进入和排出，并且具有遮护件用于遮护至少一个通风开口来防止撞击到风力涡轮机转子毂的液体的进入。
18.根据权利要求17所述的通风装置，其特征在于，该罩盖还包括位于罩盖的旋转轴线的轴线外的配重，所述配重构造成在风力涡轮机转子毂的转动期间大致维持罩盖的水平稳定。
19.根据权利要求17所述的通风装置，其特征在于，罩盖构造成在风力涡轮机转子毂的操作期间大致防止水的进入。
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